人教版选修一1.2 动量定理 课件（31张PPT）
文档属性
| 名称 | 人教版选修一1.2 动量定理 课件（31张PPT） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 8.2MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-09-28 13:34:32 | ||
图片预览
文档简介
(共31张PPT)
新课引入
跳高比赛
跳远比赛
悬挂轮胎的游船准备靠岸
1.2 动量定理
新课引入
生活中的场景
跳高比赛
跳远比赛
悬挂轮胎的游船准备靠岸
这些场景中的垫子、沙坑、轮胎有什么共同的作用？
共同的作用都是为了缓冲
1.推导：
由牛顿第二定律F = ma,则有：
加速度：
整理得： F t = p – p
假定一个质量为m的物体在光滑的水平面上受到恒力F的作用，做匀变速直线运动，初始时刻物体的速度为v，经过一段时间 t，它的速度为v'.
新课讲授
F 作用了时间 t
F
F
一、动量定理
新课讲授
类比复习：
F 作用了位移 x
F
F
高一物理我们曾经学过类似的知识，假定一个质量为m的物体在光滑的水平面上受到恒力F的作用，做匀变速直线运动，初始时刻物体的速度为v，经过一段位移 x，它的速度为v'.
当时，我们经过推导得到的是：
我们把F x认为是力在位移上的累积，称为力的功。
那么我们是不是可以把F t 认为是力对时间的累积呢？
（1）定义：在物理学中，把力与力的作用时间的乘积叫做力的冲量。
（2）公式：I = F t 单位，在国际单位制中时牛·秒（N·s）
①冲量是矢量，作用力的方向不变时其方向与力的方向相同。
②冲量是过程量，是力对时间的积累效应。
③冲量和功不同，恒力在一段时间内可能不做功，但一定有冲量。
④冲量的计算要明确求哪个力的冲量，还是物体的合外力的冲量。
I = F t 只能求恒力的冲量。
2.冲量
新课讲授
⑤用F-t图像求力的冲量：图线与t轴所围的面积表示F在t内的冲量，即可求恒力的冲量。
F
t
F
△t
新课讲授
思考：如果力是变力，是否可以用I = F t 来求冲量呢？如果不行，那又应该怎么办呢？
F
0
t/s
F
0
t/s
新课讲授
如果力是变力，我们可以借助 F-t 图像做如下处理：
总结：①如果力是恒力，即可以用I = F t 来求冲量，也可以用F-t 图像面积来求冲量。
②如果力是变力，可以用F-t 图像面积来求冲量。
冲量
功
区
别
公式
标矢性
意义
正负
作用效果
单位
某个力对物体有冲量，不一定做功；某个力对物体做了功，一定有冲量。
N·S
I=Ft
W=Fxcos θ
矢量
标量
N·m 或（J）
力对时间的积累, 对应一段时间
在F-t图像中可以用面积表示
力对位移的积累, 对应一段位移
在F-x图像中可以用面积表示
正负表示与正方向相同或相反
正负表示动力做功或阻力做功
改变物体的动量
改变物体的动能
F
t
O
F
t
x
F
O
F
x
三、冲量与功
新课讲授
高一物理时，我们把力在一个过程中对物体做的功，等于物体在这个过程中动能的变化这样一个结论叫作动能定理。
即：
经过推导，我们发现力在一个过程中对所受力的冲量，等于物体在这个过程中始末动量变化量，这个结论我们把它叫作什么呢？
即： F t = p – p
类比一下我们是否发现有惊人的相似性呢？
（1）内容：物体在一个过程中所受力的冲量等于它在这个过程始末的动量变化。
F t =Δp=p'-p
3.动量定理
（2）公式：
（3）注意：
①公式中的F为物体所受的合外力。
②动量定理的优点：不考虑中间过程，只考虑初末状态。
③适用范围 : 动量定理不但适用于恒力，也适用于随时间变化的变力。
新课讲授
④动量的变化率：F= P/ t ，即等于物体所受合外力。当动量变化较快时，物体所受合力较大，反之较小；当动量均匀变化时，物体所受合力为恒力。
3.动量定理
新课讲授
（4）p-t图像
②图像的斜率表示物体所受合外力，
斜率为正，合外力方向与正方向一致；
斜率为负，合外力方向与正方向相反；
斜率为零，合外力为零；
斜率恒定，合外力恒定；
斜率变化，合外力变化；
①图线在t轴上方，说明动量p的方向与正方向一致；
图线在t轴下方，说明动量p的方向与正方向相反；
3.动量定理
新课讲授
（5）从力学三大观点认识合外力F合
力学观点 能量观点 动量观点
牛顿第二定律 动能定理 动量定理
探究思考
h
h
水泥地面
海绵垫
碎
完好
为什么水杯落在水泥地面上会摔碎，而落在软垫上却完好无损呢？
Δp一定，Δt短则F大，
Δt长则F小
由FΔt=Δp可知：
水杯从同一高度下落，分别与水泥地面和海绵垫接触前的速度是相同的，也即初动量相同，碰撞后速度均变为零，即末动量均为零，因而在相互作用过程中水杯的动量变化量相同。而两种情况下的相互作用时间不同，与水泥地面碰时作用时间短，与海绵垫相碰时作用时间较长，由 FΔt =Δp 知，水杯与水泥地面相碰时作用力大，会被打破，与海绵垫相碰时作用力较小，因而不会被打破。
二、动量定理的应用
想一想：
新课讲授
跳高比赛
跳远比赛
悬挂轮胎的游船准备靠岸
这些场景中的垫子、沙坑、轮胎的缓冲为什么可以保护好人和船不受到太大力的作用？
二、动量定理的应用
想一想：
新课讲授
这些场景中为什么物体可以获得更大的作用力呢？
锤子钉钉子
棒球比赛
高尔夫球比赛
二、动量定理的应用
想一想：
新课讲授
我们生活中是不是还会用到这些物品，主要作用是什么？它的原理是什么？
手机壳
鸡蛋托
泡沫网
二、动量定理的应用
做一做：
新课讲授
鸡蛋掉地上和海绵垫子上会有什么现象？为什么？
二、动量定理的应用
【例1】 一个质量 m = 0.18 kg 的垒球，以 = 25 m/s 的水平速度飞向球棒，被球棒打击后，反向水平飞回，速度的大小变为 ' = 45 m/s。设球棒与垒球的作用时间 t = 0.002 s，球棒对垒球的平均作用力是多大？
二、动量定理的应用
新课讲授
解：沿垒球飞向球棒的方向建立坐标轴，
垒球所受的平均所用力大小为6300N，负号表示力的方向与坐标轴的方向相反，即力的方向与垒球飞来的方向相反。
垒球的初动量为：
垒球的末动量为：
由动量定理知垒球所受的平均作用力为：
运用动量定理解题的一般步骤
1. 确定研究对象：一般为单个物体；
2. 明确物理过程：受力分析，求出合外力的冲量；
3. 明确研究对象的初末状态及相应的动量；
4. 选定正方向，确定在物理过程中研究对象的动量的变化；
5. 根据动量定理列方程，统一单位后代入数据求解。
新课讲授
二、动量定理的应用
【例2】中国CNCAP（汽车碰撞实验）是检验汽车安全性能的重要标准，其中一项称为40%ODB正面碰撞检验：汽车速度为64km/h，迎面碰到可溃障碍物上并停下来。某次测试中，驾驶座假人甲系着安全带，副驾驶座假人乙没有系安全带，但其前方固定着一竖直挡板，假人质量均为50kg，碰撞时间为0.05s，假人与安全带的作用时间为0.2s，碰撞过程中甲、乙所受水平方向平均作用力之比为（ ）
A．1：4 B．4：1 C．2：5 D．5：2
新课讲授
二、动量定理的应用
A
新课讲授
请同学们，认真阅读以下课本P9页的STSE《汽车碰撞试验》，明确汽车碰撞试验的重要性、汽车安全驾驶的重要性以及物理与日常生活的紧密结合性。
【例3】一个水龙头以垂直于墙面10m/s的速度喷出水柱，水柱的横截面积为3×10-4m2，水柱垂直冲击竖直墙壁后变为速度为零的无数小水滴，水的密度为1×103kg/m3，则水柱对墙壁的冲击力为（ ）
A．30N B．3N C．15N D．1.5N
新课讲授
二、动量定理的应用
A
【详解】时间t内的水柱质量m＝svtρ水柱受力为F，
由动量定理Ft＝0﹣mv得
带入数据，可得F＝﹣30N由牛顿第三定律可知水柱对墙壁的力为30N。
新课讲授
小结：流体柱状模型分析步骤
流体及其特点 通常液体流、气体流等被广义地视为“流体”，质量具有连续性，通常已知密度ρ
分析 步骤 1 建立“柱状模型”，沿流速v的方向选取一段柱形流体，其横截面积为S
2 微元研究，作用时间Δt内的一段柱形流体的长度为Δl，对应的质量为Δm＝ρSvΔt
3 建立方程，应用动量定理研究这段柱状流体
课堂小结
动量定理
①公式：F t =Δp=p'-p
①公式：I = Ft
冲量
②方向：与F同向
③F-t图像
②合外力：
即等于动量变化率
1．如图所示，质量为m的物体在一个与水平方向成θ角的拉力F作用下，一直沿水平面向右匀速运动，则下列关于物体在时间t内所受力的冲量，正确的是（ ）
A．拉力F的冲量大小为Ftcosθ
B．摩擦力的冲量大小为Ftsinθ
C．重力的冲量大小为mgt
D．物体所受支持力的冲量大小为mgt
C
课堂练习
IF=Ft
ft＝Ftcosθ
IN=（mg－Fsinθ）t
FN＝mg－Fsinθ
2．一物体受到方向不变的力F作用，其中力的大小随时间变化的规律如图所示，则力F在6s内的冲量大小为（ ）
A．9N·s B．13.5N·s C．15.5N·s D．18N·s
B
课堂练习
【详解】由公式 可知在F-t图像中，图线与坐标轴的面积为冲量的大小，所以
3．随着手机逐渐走进每个人的生活，有些人喜欢躺着看手机，偶尔会出现手机滑落砸到脸的情况。若某手机（可视为质点）的质量为200 g，从距人脸上方约20 cm的高度无初速掉落，砸到脸后经0.1 s手机停止运动。忽略空气阻力，重力加速度g=10 m/s2，下列分析正确的是（ ）
A．脸受到的平均撞击力大小约为10 N
B．脸受到的平均撞击力大小约为3 N
C．全过程手机重力的冲量大小约为0.2 N·s
D．全过程手机重力的冲量大小约为0.6 N·s
D
课堂练习
手机运动
取向上为正方向
动量定理
手机对脸的作用力大小约为6N
手机下落时间
全过程中重力的冲量
4．质量为1kg的物体做直线运动，其速度图像如图所示。则物体在10s前内和后10s内所受外力的冲量分别是（ ）
A．10N·s， 10N·s B．10N·s， -10N·s
C．0.10N·s D．0，-10N·s
D
课堂练习
【详解】在前10s内，物体的初速度为5m/s，末速度为5m/s，
根据动量定理得 知，合外力的冲量为0。
在后10s内，物体的初速度为5m/s，末速度为-5m/s，
根据动量定理得
5．甲、乙两物体分别在恒定的合外力F1和F2的作用下沿同一直线运动，它们的动量随时间的变化关系如图所示，设甲在t1时间内所受的冲量为I1，乙在t2时间内所受的冲量为I2，则下列F、I的关系正确的是（ ）
A．
B．
C．
D．
C
课堂练习
由图象可知，甲乙两物体动量变化量的大小相等，根据动量定理知，冲量的大小相等，即I1=I2
根据I=Ft知，冲量的大小相等，作用时间长的力较小，可知F1＞F2
6．如图所示，一个钢珠自空中自由下落，然后陷入沙坑中，不计空气阻力，把在空中下落的过程为过程I，进入沙坑直到停止的过程为过程II，则（ ）
A．过程II中钢珠动量的改变量等于零
B．过程II中阻力冲量的大小等于过程I中重力冲量的大小
C．整个过程中合外力的总冲量等于零
D．过程I中钢珠动量的改变量等于重力的冲量
CD
课堂练习
过程II中钢珠受到阻力和重力，在整个过程中根据动量定理总冲量为零，即过程II阻力的冲量等于过程I重力冲量和过程II重力冲量之和，所以过程II阻力冲量的大小大于过程I中重力冲量的大小，所以B错误，C正确；
本节课结束
谢谢配合
新课引入
跳高比赛
跳远比赛
悬挂轮胎的游船准备靠岸
1.2 动量定理
新课引入
生活中的场景
跳高比赛
跳远比赛
悬挂轮胎的游船准备靠岸
这些场景中的垫子、沙坑、轮胎有什么共同的作用？
共同的作用都是为了缓冲
1.推导：
由牛顿第二定律F = ma,则有：
加速度：
整理得： F t = p – p
假定一个质量为m的物体在光滑的水平面上受到恒力F的作用，做匀变速直线运动，初始时刻物体的速度为v，经过一段时间 t，它的速度为v'.
新课讲授
F 作用了时间 t
F
F
一、动量定理
新课讲授
类比复习：
F 作用了位移 x
F
F
高一物理我们曾经学过类似的知识，假定一个质量为m的物体在光滑的水平面上受到恒力F的作用，做匀变速直线运动，初始时刻物体的速度为v，经过一段位移 x，它的速度为v'.
当时，我们经过推导得到的是：
我们把F x认为是力在位移上的累积，称为力的功。
那么我们是不是可以把F t 认为是力对时间的累积呢？
（1）定义：在物理学中，把力与力的作用时间的乘积叫做力的冲量。
（2）公式：I = F t 单位，在国际单位制中时牛·秒（N·s）
①冲量是矢量，作用力的方向不变时其方向与力的方向相同。
②冲量是过程量，是力对时间的积累效应。
③冲量和功不同，恒力在一段时间内可能不做功，但一定有冲量。
④冲量的计算要明确求哪个力的冲量，还是物体的合外力的冲量。
I = F t 只能求恒力的冲量。
2.冲量
新课讲授
⑤用F-t图像求力的冲量：图线与t轴所围的面积表示F在t内的冲量，即可求恒力的冲量。
F
t
F
△t
新课讲授
思考：如果力是变力，是否可以用I = F t 来求冲量呢？如果不行，那又应该怎么办呢？
F
0
t/s
F
0
t/s
新课讲授
如果力是变力，我们可以借助 F-t 图像做如下处理：
总结：①如果力是恒力，即可以用I = F t 来求冲量，也可以用F-t 图像面积来求冲量。
②如果力是变力，可以用F-t 图像面积来求冲量。
冲量
功
区
别
公式
标矢性
意义
正负
作用效果
单位
某个力对物体有冲量，不一定做功；某个力对物体做了功，一定有冲量。
N·S
I=Ft
W=Fxcos θ
矢量
标量
N·m 或（J）
力对时间的积累, 对应一段时间
在F-t图像中可以用面积表示
力对位移的积累, 对应一段位移
在F-x图像中可以用面积表示
正负表示与正方向相同或相反
正负表示动力做功或阻力做功
改变物体的动量
改变物体的动能
F
t
O
F
t
x
F
O
F
x
三、冲量与功
新课讲授
高一物理时，我们把力在一个过程中对物体做的功，等于物体在这个过程中动能的变化这样一个结论叫作动能定理。
即：
经过推导，我们发现力在一个过程中对所受力的冲量，等于物体在这个过程中始末动量变化量，这个结论我们把它叫作什么呢？
即： F t = p – p
类比一下我们是否发现有惊人的相似性呢？
（1）内容：物体在一个过程中所受力的冲量等于它在这个过程始末的动量变化。
F t =Δp=p'-p
3.动量定理
（2）公式：
（3）注意：
①公式中的F为物体所受的合外力。
②动量定理的优点：不考虑中间过程，只考虑初末状态。
③适用范围 : 动量定理不但适用于恒力，也适用于随时间变化的变力。
新课讲授
④动量的变化率：F= P/ t ，即等于物体所受合外力。当动量变化较快时，物体所受合力较大，反之较小；当动量均匀变化时，物体所受合力为恒力。
3.动量定理
新课讲授
（4）p-t图像
②图像的斜率表示物体所受合外力，
斜率为正，合外力方向与正方向一致；
斜率为负，合外力方向与正方向相反；
斜率为零，合外力为零；
斜率恒定，合外力恒定；
斜率变化，合外力变化；
①图线在t轴上方，说明动量p的方向与正方向一致；
图线在t轴下方，说明动量p的方向与正方向相反；
3.动量定理
新课讲授
（5）从力学三大观点认识合外力F合
力学观点 能量观点 动量观点
牛顿第二定律 动能定理 动量定理
探究思考
h
h
水泥地面
海绵垫
碎
完好
为什么水杯落在水泥地面上会摔碎，而落在软垫上却完好无损呢？
Δp一定，Δt短则F大，
Δt长则F小
由FΔt=Δp可知：
水杯从同一高度下落，分别与水泥地面和海绵垫接触前的速度是相同的，也即初动量相同，碰撞后速度均变为零，即末动量均为零，因而在相互作用过程中水杯的动量变化量相同。而两种情况下的相互作用时间不同，与水泥地面碰时作用时间短，与海绵垫相碰时作用时间较长，由 FΔt =Δp 知，水杯与水泥地面相碰时作用力大，会被打破，与海绵垫相碰时作用力较小，因而不会被打破。
二、动量定理的应用
想一想：
新课讲授
跳高比赛
跳远比赛
悬挂轮胎的游船准备靠岸
这些场景中的垫子、沙坑、轮胎的缓冲为什么可以保护好人和船不受到太大力的作用？
二、动量定理的应用
想一想：
新课讲授
这些场景中为什么物体可以获得更大的作用力呢？
锤子钉钉子
棒球比赛
高尔夫球比赛
二、动量定理的应用
想一想：
新课讲授
我们生活中是不是还会用到这些物品，主要作用是什么？它的原理是什么？
手机壳
鸡蛋托
泡沫网
二、动量定理的应用
做一做：
新课讲授
鸡蛋掉地上和海绵垫子上会有什么现象？为什么？
二、动量定理的应用
【例1】 一个质量 m = 0.18 kg 的垒球，以 = 25 m/s 的水平速度飞向球棒，被球棒打击后，反向水平飞回，速度的大小变为 ' = 45 m/s。设球棒与垒球的作用时间 t = 0.002 s，球棒对垒球的平均作用力是多大？
二、动量定理的应用
新课讲授
解：沿垒球飞向球棒的方向建立坐标轴，
垒球所受的平均所用力大小为6300N，负号表示力的方向与坐标轴的方向相反，即力的方向与垒球飞来的方向相反。
垒球的初动量为：
垒球的末动量为：
由动量定理知垒球所受的平均作用力为：
运用动量定理解题的一般步骤
1. 确定研究对象：一般为单个物体；
2. 明确物理过程：受力分析，求出合外力的冲量；
3. 明确研究对象的初末状态及相应的动量；
4. 选定正方向，确定在物理过程中研究对象的动量的变化；
5. 根据动量定理列方程，统一单位后代入数据求解。
新课讲授
二、动量定理的应用
【例2】中国CNCAP（汽车碰撞实验）是检验汽车安全性能的重要标准，其中一项称为40%ODB正面碰撞检验：汽车速度为64km/h，迎面碰到可溃障碍物上并停下来。某次测试中，驾驶座假人甲系着安全带，副驾驶座假人乙没有系安全带，但其前方固定着一竖直挡板，假人质量均为50kg，碰撞时间为0.05s，假人与安全带的作用时间为0.2s，碰撞过程中甲、乙所受水平方向平均作用力之比为（ ）
A．1：4 B．4：1 C．2：5 D．5：2
新课讲授
二、动量定理的应用
A
新课讲授
请同学们，认真阅读以下课本P9页的STSE《汽车碰撞试验》，明确汽车碰撞试验的重要性、汽车安全驾驶的重要性以及物理与日常生活的紧密结合性。
【例3】一个水龙头以垂直于墙面10m/s的速度喷出水柱，水柱的横截面积为3×10-4m2，水柱垂直冲击竖直墙壁后变为速度为零的无数小水滴，水的密度为1×103kg/m3，则水柱对墙壁的冲击力为（ ）
A．30N B．3N C．15N D．1.5N
新课讲授
二、动量定理的应用
A
【详解】时间t内的水柱质量m＝svtρ水柱受力为F，
由动量定理Ft＝0﹣mv得
带入数据，可得F＝﹣30N由牛顿第三定律可知水柱对墙壁的力为30N。
新课讲授
小结：流体柱状模型分析步骤
流体及其特点 通常液体流、气体流等被广义地视为“流体”，质量具有连续性，通常已知密度ρ
分析 步骤 1 建立“柱状模型”，沿流速v的方向选取一段柱形流体，其横截面积为S
2 微元研究，作用时间Δt内的一段柱形流体的长度为Δl，对应的质量为Δm＝ρSvΔt
3 建立方程，应用动量定理研究这段柱状流体
课堂小结
动量定理
①公式：F t =Δp=p'-p
①公式：I = Ft
冲量
②方向：与F同向
③F-t图像
②合外力：
即等于动量变化率
1．如图所示，质量为m的物体在一个与水平方向成θ角的拉力F作用下，一直沿水平面向右匀速运动，则下列关于物体在时间t内所受力的冲量，正确的是（ ）
A．拉力F的冲量大小为Ftcosθ
B．摩擦力的冲量大小为Ftsinθ
C．重力的冲量大小为mgt
D．物体所受支持力的冲量大小为mgt
C
课堂练习
IF=Ft
ft＝Ftcosθ
IN=（mg－Fsinθ）t
FN＝mg－Fsinθ
2．一物体受到方向不变的力F作用，其中力的大小随时间变化的规律如图所示，则力F在6s内的冲量大小为（ ）
A．9N·s B．13.5N·s C．15.5N·s D．18N·s
B
课堂练习
【详解】由公式 可知在F-t图像中，图线与坐标轴的面积为冲量的大小，所以
3．随着手机逐渐走进每个人的生活，有些人喜欢躺着看手机，偶尔会出现手机滑落砸到脸的情况。若某手机（可视为质点）的质量为200 g，从距人脸上方约20 cm的高度无初速掉落，砸到脸后经0.1 s手机停止运动。忽略空气阻力，重力加速度g=10 m/s2，下列分析正确的是（ ）
A．脸受到的平均撞击力大小约为10 N
B．脸受到的平均撞击力大小约为3 N
C．全过程手机重力的冲量大小约为0.2 N·s
D．全过程手机重力的冲量大小约为0.6 N·s
D
课堂练习
手机运动
取向上为正方向
动量定理
手机对脸的作用力大小约为6N
手机下落时间
全过程中重力的冲量
4．质量为1kg的物体做直线运动，其速度图像如图所示。则物体在10s前内和后10s内所受外力的冲量分别是（ ）
A．10N·s， 10N·s B．10N·s， -10N·s
C．0.10N·s D．0，-10N·s
D
课堂练习
【详解】在前10s内，物体的初速度为5m/s，末速度为5m/s，
根据动量定理得 知，合外力的冲量为0。
在后10s内，物体的初速度为5m/s，末速度为-5m/s，
根据动量定理得
5．甲、乙两物体分别在恒定的合外力F1和F2的作用下沿同一直线运动，它们的动量随时间的变化关系如图所示，设甲在t1时间内所受的冲量为I1，乙在t2时间内所受的冲量为I2，则下列F、I的关系正确的是（ ）
A．
B．
C．
D．
C
课堂练习
由图象可知，甲乙两物体动量变化量的大小相等，根据动量定理知，冲量的大小相等，即I1=I2
根据I=Ft知，冲量的大小相等，作用时间长的力较小，可知F1＞F2
6．如图所示，一个钢珠自空中自由下落，然后陷入沙坑中，不计空气阻力，把在空中下落的过程为过程I，进入沙坑直到停止的过程为过程II，则（ ）
A．过程II中钢珠动量的改变量等于零
B．过程II中阻力冲量的大小等于过程I中重力冲量的大小
C．整个过程中合外力的总冲量等于零
D．过程I中钢珠动量的改变量等于重力的冲量
CD
课堂练习
过程II中钢珠受到阻力和重力，在整个过程中根据动量定理总冲量为零，即过程II阻力的冲量等于过程I重力冲量和过程II重力冲量之和，所以过程II阻力冲量的大小大于过程I中重力冲量的大小，所以B错误，C正确；
本节课结束
谢谢配合